DE2715744C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gewinnen von Metallen oder zum Trennen von Legie rungen. Es handelt sich dabei um Metalle mit hohem Schmelz punkt, welche in reiner Form aus Metallerzstäuben oder aus Metallegierungen bekannter Zusammensetzung extrahiert wer den sollen.The invention relates to a method and a device to extract metals or to separate alloy stanchions. These are metals with a high melting point point, which in pure form from metal ore dust Metal alloys of known composition are extracted that should.
Wie bekannt, besteht eine große Nachfrage nach Verfahren, mittels welcher Metalle mit hohem Schmelzpunkt gewonnen und Metallegierungen getrennt werden können.As is known, there is a great demand for processes by means of which metals with high melting point are obtained and Metal alloys can be separated.
Obwohl viele Möglichkeiten bestehen, Erdgase mit hohem Ge halt an inertem Gas unmittelbar oder mittelbar auszunutzen, einschließlich der praktischen Anwendung von aus Erdgasen gebildeten Plasmastrahlen im Gebiet der Verbrennungs- und Gastechnologie, blieb ihr Anwendungsgebiet trotz der zur Verfügung stehenden reichen Vorräte verhältnismäßig eng. Es ist ferner bekannt, daß Plasmen in der Metallurgie sehr wirtschaftlich genützt werden können, da sie eine hohe Energiedichte und Reinheit aufweisen, wie dies aus der Fach literatur hervorgeht. Es sind bereits Schmelzöfen mit einer Kapazität von 100 Tonnen bekannt, die durch Plasmastrahlen betätigt werden. Der große Vorteil derartiger Vorrichtungen im Verhältnis zu Vakuumlichtbogen- oder Elektronenstrahlöfen be steht darin, daß selbst flüchtige Zusatzstoffe, wie Mangan, Molybdän, Magnesium usw., gewonnen werden können. Es ist auch möglich, Metallegierungen, die leicht oxydierende und chemisch aktive Komponenten, wie Titan oder Aluminium, enthalten, in derartigen Öfen zu raffinieren. Although there are many possibilities to use natural gases with a high Ge stop using inert gas directly or indirectly, including the practical application of natural gas formed plasma jets in the field of combustion and Gas technology, its field of application remained despite the Available rich stocks are relatively narrow. It it is also known that plasmas in metallurgy can be used very economically because they are high Have energy density and purity, like this from the specialist literature emerges. They are already melting furnaces with one Capacity of 100 tons known by plasma jets be operated. The great advantage of such devices in relation to vacuum arc or electron beam furnaces is that even volatile additives, such as manganese, Molybdenum, magnesium, etc. can be obtained. It is also possible metal alloys that are easily oxidizing and chemical contain active components, such as titanium or aluminum, in to refine such ovens.
In gleicher Weise ist die Plas matechnologie zum Herstellen von großen Einkristallen ge eignet, z. B. eines Wolframeinkristalls mit einem Durch messer von annähernd 50 mm und mit einem Gewicht von mehr als 10 kg, der nicht nur durch seine großen Abmessungen, sondern auch durch seine strukturelle Stabilität beachtens wert war. Es ist schließlich zu bemerken, daß auch Grund materialien für die Pulvermetallurgie durch Plasmatechnolo gie hergestellt worden sind. Auf diese Weise entstanden kugelför mige körnige Metallpulver hoher Reinheit und Gleichförmig keit, wobei Verdampfen in einem Plasmastrom niedriger Tempe ratur und nachfolgende Kondensation angewendet worden sind.In the same way is the Plas matechnologie for the production of large single crystals suitable, e.g. B. a tungsten single crystal with a through knife of approximately 50 mm and weighing more than 10 kg, not only because of its large dimensions, but also notable for its structural stability was worth. Finally, it should be noted that also reason materials for powder metallurgy using plasma technology gie have been manufactured. In this way, spherical granular metal powder of high purity and uniform speed, evaporation in a plasma stream of low temp temperature and subsequent condensation have been applied.
Obwohl die oben beschriebenen plasmatechnologischen Verfah ren große technologische Vorteile aufweisen, sind sie sehr kostspielig, da sowohl ihre Gestehungskosten als auch ihre Betriebskosten sehr hoch ausfallen. Es ist nämlich unver meidlich, gereinigte Arbeitsgase zum Bilden der Plasmastrah len zu verwenden, wodurch dann verhältnismäßig viel elektri sche Energie verbraucht wird.Although the plasma technology process described above have great technological advantages, they are very great costly because both their cost of ownership and theirs Operating costs are very high. Because it is not avoidable, purified working gases to form the plasma jet len to use, which then relatively much electrical energy is consumed.
Die DD-PS 53 309 schlägt ein Verfahren zur Raffination ver schiedener Metalle von speziellen Verunreinigungen vor. Über den Plasmastrahl wird nur angegeben, daß er aus neu tralem Arbeitsgas hergestellt wird (Spalte 3, Beispiel 1). Das neutrale Gas bedeutet in der Praxis Stickstoff oder Argon. Es gibt hier keinen Hinweis über die Abkühlung der Dämpfe und über die getrennte Kondensation der Metalldämpfe.DD-PS 53 309 proposes a refining process different metals from special impurities. The plasma jet only states that it is new tralem working gas is produced (column 3, example 1). The In practice, neutral gas means nitrogen or argon. There is no indication of the cooling of the vapors here and the separate condensation of the metal vapors.
In Umschau (1961) S. 713, 714, 742 und 743, wird die Zuführung pulverförmiger Stoffe zur Plasmaflamme beschrieben. Auf der Seite 714 ist ein konkreter Hinweis zur Auswahl der Arbeitsgase gegeben: Am wirtschaft lichsten habe sich für Schmelz- und Heizzwecke Stickstoff mit 5 bis 10% Wasserstoffzusatz erwiesen. Die Verwendung von Sauerstoff oder von Wasserdampf könne Schwierigkeiten ver ursachen und erfordere die Ausstattung der Wolframkathode mit einem Schutzgasmantel. Die Verwendung von zweiatomigen Gasen sei vorteilhafter als die von einatomigen.In Umschau (1961) pp. 713, 714, 742 and 743, the supply of powdery substances becomes Plasma flame described. On page 714 is a concrete one Advice on the selection of the working gases given: At the economy Nitrogen was used for melting and heating purposes 5 to 10% hydrogen addition proven. The use of Oxygen or water vapor can cause difficulties cause and require the equipment of the tungsten cathode with a protective gas jacket. The use of diatomic Gases are more advantageous than those of single-atom ones.
Der vorliegende Artikel faßt die verschiedenen Anwendungs möglichkeiten zusammen, wobei die Hinweise auf Seite 714 die nachfolgende Richtung zeigen: Es ist besser, die neutralen Gase, wie N2, oder Edelgase, wie Argon, anzuwenden, und die Benutzung von aggressiven Gasen, wie Sauerstoff und Wasserdampf, zu vermeiden.This article summarizes the various possible applications, with the notes on page 714 showing the following direction: It is better to use neutral gases, such as N 2 , or noble gases, such as argon, and the use of aggressive gases, such as oxygen and water vapor.
Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gewinnen von Metall oder zum Trennen von Legierungen bereitzustellen, bei dem das zu verarbeitende Material in zerkleinertem Zustand durch einen Plasmastrahl geführt wird. Diese Aufgabe wird, wie aus den vorstehenden Ansprüchen er sichtlich, gelöst.The registration is based on the task of a procedure for Extracting metal or separating alloys to provide, in which the material to be processed in crushed state is guided by a plasma jet. This task will, as from the preceding claims visibly, solved.
Der Gegenstand der Erfindung ist auf den Einsatz besonderer Erdgase gerichtet, d. h. "arme" Erdgase mit einem hohen Gehalt an Kohlendioxyd. Solche Erd gase mit einem Gehalt von 60-97% Kohlendioxyd und insbe sondere die mit einem Gehalt von 60-75% Kohlendioxyd werfen viele Probleme bei ihrem Einsatz auf. Da solche Erdgase sehr preiswert sind, ist es erwünscht, vor teilhafte Anwendungen für sie zu erarbeiten. Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Einsatzmöglichkeit für die "armen" Erdgase zu finden. Es soll ferner noch bemerkt wer den, daß das Kohlendioxyd als Arbeitsgas bisher nicht vorge sehen wurde. Es verursacht zu viele Probleme - das I/U-Ver hältnis des Plasmagenerators muß sehr sorgfältig ausge wählt und überwacht werden, weil sonst die Plasma flamme instabil werden kann; sie kann sogar wegen der Schutzgaswirkung des Gases erlöschen.The object of the invention is on directed the use of special natural gases, d. H. "poor" natural gas with a high content of carbon dioxide. Such earth gases with a content of 60-97% carbon dioxide and esp especially those with a content of 60-75% carbon dioxide pose many problems in their use. Since such natural gases are very inexpensive, it is desirable to do so to develop partial applications for them. Therefore, it is the object of the invention, an application for the to find "poor" natural gases. It should also be noted who the that the carbon dioxide as working gas has not previously been featured would see. It causes too many problems - the I / U ver Ratio of the plasma generator must be very carefully be selected and monitored, otherwise the plasma flame can become unstable; it can even because of The protective gas effect of the gas is extinguished.
Die Erfindung bezweckt die Gewinnung von Metallen hohen Schmelzpunktes und hoher Reinheit, sowie die Trennung von Legierungen, ohne daß hierzu verwickelte und kostspielige Vorrichtungen bzw. ein beträchtlicher Verbrauch an elektri scher Energie erforderlich wären. Dies wird durch Plasma strahlen erreicht, die in einer hochkohlendioxydhaltigen Erdgas atmosphäre ohne vorherige Reinigung gebildet werden. Der Kohlendioxydgehalt gewährt eine Schutzgaswirkung. Auf die Behandlung mit Plasmastrahlen folgt eine Kondensation in einer Kühlzone, die aus aufeinander folgenden Kühlkammern besteht, wobei die in diesen Kühl kammern herrschenden Temperaturen derart geregelt werden, daß sie jeweils den Schmelzpunkten der behandelten Metalle entsprechen. The invention aims to extract high metals Melting point and high purity, as well as the separation of Alloys without being involved and expensive Devices or a considerable consumption of electri energy would be required. This is through plasma radiate reached in a high-carbon natural gas atmosphere without prior cleaning. The Carbon dioxide content provides a protective gas effect. On the Treatment with plasma rays follows a condensation in a cooling zone made up of each other following cooling chambers, the cooling in these temperatures prevailing in the chambers are regulated in such a way that they each have the melting points of the treated metals correspond.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Arbeitsgas, insbesondere bei hohem Gehalt an Hydratwasser, zur wirksamen Kühlung der Plasmaanlage angewendet werden kann. So wird die Kühlung der Anlage, die Entfernung des unerwünschten Hydratwassers sowie die Vorerhitzung des Arbeitsgases zur Plasmabildung gleichzeitig erreicht. Die Anlage kann daher zur Erzeugung einer kontinuierlichen Hochtemperatur-Plasmaflamme (im Ge gensatz zur US-PS 37 08 409) ausgebildet werden, wobei die nützliche Luftmenge gemeinsam mit dem Strom des zerkleiner ten Stoffes, sowie durch die offenen Bereiche der Anlage (durch die Spalte in den Wänden) mit der Luft zuströmen kann.Another advantage is that the working gas, especially at high content of hydrate water, for effective cooling of the Plasma system can be applied. So is the cooling the system, the removal of the unwanted hydrate water as well as the preheating of the working gas for plasma formation reached at the same time. The plant can therefore be used for generation a continuous high temperature plasma flame (in Ge in contrast to US-PS 37 08 409) are formed, the useful air volume together with the flow of the shredder ten substance, as well as through the open areas of the plant (through the gaps in the walls) with the air.
Der Plasmabrenner ist zweckmäßig mit Zündungselektroden ausge rüstet, die mit einer Kühlleitung zum Vorwärmen des zu ver wendenden Erdgases versehen sind. Auf diese Weise wird die Ionisation des Plasmastrahles wirksam gefördert. Die Kühlzone der Vorrichtung besteht zweckmäßig aus in Reihe geschalte ten Kühlkammern mit je gesonderten Abführungsstellen, wobei die Kühlkammern mit einer Kühlleitung für ein Kühlmittel vorbe stimmter Temperatur ausgerüstet sind. Auf diese Weise kann ein besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung erreicht werden.The plasma torch is expediently equipped with ignition electrodes equips that with a cooling line to preheat the ver natural gas. In this way the Ionization of the plasma jet effectively promoted. The cooling zone the device suitably consists of connected in series th cooling chambers, each with separate discharge points, the Cooling chambers with a cooling line for a coolant the right temperature. That way a particularly simple structure of the device can be achieved.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeich nung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Längs schnitt darstellt.Further details of the invention are based on the drawing voltage explained, which is an embodiment of the device to carry out the method according to the invention in the longitudinal direction represents cut.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist eine Ringelektrode 3 a mit einem ringförmigen Kühlmantel versehen, dessen Innenraum über ein Ventil 1 mit einer Kühlmittelquelle verbunden ist. 2 bezeichnet einen Kühlkreis, der an den erwähnten Kühlman tel angeschlossen ist. 3 b bezeichnet sich verbrauchende Elektroden, die in an sich bekannter Weise gekühlt und vorgerückt werden können. Ein Plasmabrenner 4 ist mit wärmeisolierten Wänden aus gerüstet und an eine elektrische Stromquelle 3 angeschlossen.As can be seen from the drawing, a ring electrode 3 a is provided with an annular cooling jacket, the interior of which is connected via a valve 1 to a coolant source. 2 denotes a cooling circuit which is connected to the mentioned Kühlman tel. 3 b designates consuming electrodes which can be cooled and advanced in a manner known per se. A plasma torch 4 is equipped with heat-insulated walls and connected to an electrical power source 3 .
Zwecks Kühlung der Elektroden 3 a und 3 b könnte Wasser be nutzt werden, wobei dann das Arbeitsgas unmittelbar dem Plas mabrenner 4 zugeführt wird. Beim dargestellten Ausführungs beispiel wird aber das Erdgas über das Ventil 1 zunächst expandiert und dann als Kühlmittel benutzt, dessen Temperatur im Kühlkreis 2 zunimmt und dadurch die Plasmastrahlbildung wirksam fördert.For cooling the electrodes 3 a and 3 b water could be used, in which case the working gas is fed directly to the plasma burner 4 . In the illustrated embodiment, however, the natural gas is first expanded via the valve 1 and then used as a coolant, the temperature of which increases in the cooling circuit 2 and thereby effectively promotes the formation of plasma jets.
An den Plasmabrenner 4 ist eine Reaktionskammer 5 angeschlossen, die einerseits über ein Steuerventil 8 mit einer Luftquelle und andererseits über einen Lüfter 7 mit einem Behälter 6 für pulverförmiges oder körniges Metall verbunden ist.A reaction chamber 5 is connected to the plasma torch 4 and is connected on the one hand to an air source via a control valve 8 and on the other hand to a container 6 for powdery or granular metal via a fan 7 .
An die Reaktionskammer 5 ist eine Kühlzone angeschlossen, die aus einer Reihe von Kühlkammern 9 a, 9 b, 9 c besteht, in denen Thermometer 10 zum Messen und/oder Aufzeichnen der dort herr schenden Temperaturen dienen. Diese Temperaturen sind den zu erwartenden Schmelzpunkten T 1, T 2, T 3 usw. der Metalle ent sprechend eingestellt, wobei sie nach abnehmenden Werten auf einanderfolgen.At the reaction chamber 5 , a cooling zone is connected, which consists of a number of cooling chambers 9 a , 9 b , 9 c , in which thermometers 10 are used to measure and / or record the temperatures prevailing there. These temperatures are the expected melting points T 1 , T 2 , T 3 , etc. of the metals accordingly, whereby they follow one another after decreasing values.
Die Kühlkammern 9 a, 9 b, 9 c sind jeweils mit einem Kühlmantel versehen, der zwischen den Kühlleitungen 12 und 13 liegt. The cooling chambers 9 a , 9 b , 9 c are each provided with a cooling jacket which lies between the cooling lines 12 and 13 .
An der Zuflußseite sind Regelventile 12 a, 12 b und 12 c vorge sehen, durch welche die Zuflußmenge des Kühlmittels im Kühl mantel der einzelnen Kühlkammern 9 a, 9 b, 9 c und dadurch die dort herrschende Temperatur geregelt werden kann.On the inflow side control valves 12 a , 12 b and 12 c are easily seen through which the flow of coolant in the cooling jacket of the individual cooling chambers 9 a , 9 b , 9 c and thereby the temperature prevailing there can be controlled.
Tiegel 11 dienen zum Auffangen der in den Kühlkammern 9 a, 9 b, 9 c aus den Metalldämpfen kondensierenden Feststoffe.Crucibles 11 are used to collect the solids condensing in the cooling chambers 9 a , 9 b , 9 c from the metal vapors.
Ein Auslaßstutzen 14 verbindet die letzte Kühlkammer 9 c mit einem Staubabscheider 15. Dieser ist mit Auslaßöffnungen 15 a bzw. 15 b für abgeschiedenen Staub bzw. staubfreies Gas ver sehen.An outlet connector 14 connects the last cooling chamber 9 c with a dust separator 15 . This is ver with outlet openings 15 a and 15 b for separated dust or dust-free gas.
Die dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:The illustrated according to the invention Device works as follows:
Ein Erdgas mit hohem Gehalt an CO2 wird über das Ventil 1 dem Kühlmantel der ringförmigen Elektrode 3 a des Plasmabrenners 4 zugeführt, beim Durchströmen zwischen den Elek troden 3 a und 3 b erhitzt und als vorgeheiztes Arbeitsgas ioni siert. Nach momentanem Kurzschließen oder nach Bogenzündung gelangt ein Plasmastrahl in die Reaktionskammer 5, wo er mit aus dem Behälter 6 mittels des Lüfters 7 in tangentialer Rich tung zugeführten pulverförmigen Erzen oder Legierungen, sowie mit über das Steuerventil 8 zuströmender Luft versetzt wird. Die Feststoffe werden verdampft und die ent standenen Metalldämpfe durch den Plasmastrahl mitgerissen.A natural gas with a high CO 2 content is fed via the valve 1 to the cooling jacket of the annular electrode 3 a of the plasma torch 4 , heated when flowing through the electrodes 3 a and 3 b and ionized as a preheated working gas. After momentary short-circuiting or after arc ignition, a plasma jet enters the reaction chamber 5 , where it is mixed with powdered ores or alloys supplied from the container 6 by means of the fan 7 in the tangential direction, and with air flowing in via the control valve 8 . The solids are evaporated and the resulting metal vapors are carried away by the plasma jet.
Der mit Metalldämpfen angereicherte Plasmastrahl tritt in die aus den Kühlkammern 9 a, 9 b und 9 c bestehende Kühlzone ein. In der zuerst erreichten Kühlkammer 9 a herrscht eine höchste Temperatur T 1, die dem Schmelzpunkt der bei höchster Temperatur kondensierenden Komponente des zugeführten metallischen Fest stoffes entspricht.The plasma jet enriched with metal vapors enters the cooling zone consisting of the cooling chambers 9 a , 9 b and 9 c . In the cooling chamber 9 a reached first, there is a highest temperature T 1 , which corresponds to the melting point of the component of the supplied metallic solid condensing at the highest temperature.
Auf ähnliche Weise werden in der Kühlkammer 9 b die Metall dämpfe des Metalls ausgeschieden, dessen Schmelzpunkt der hier herrschenden Temperatur T 2 entspricht, wobei T 2 niedriger ist als T 1. Anschließend erreichen die Metalldämpfe die Kühlkammer 9 c mit ihrer Temperatur T 3, die wiederum niedriger ist als die Temperatur T 2 der eben verlas senen Kühlkammer 9 b. Während die aus den ausgeschiedenen Metall dämpfen entstehenden Feststoffe in den Tiegeln 11 angesammelt werden, verläßt der Rest die Kühlzone 9 a, 9 b, 9 c über den Auslaßstutzen 14 und tritt in den Staubabscheider 15 ein. Hier werden die eventuell noch schweben den Staubteilchen abgelagert und über die Auslaßöffnung 15 b nach unten entfernt. Das von Feststoffen befreite Gas ent weicht über die Auslaßöffnung 15 a.In a similar manner, the metal vapors of the metal are excreted in the cooling chamber 9 b , the melting point of which corresponds to the temperature T 2 prevailing here, T 2 being lower than T 1 . Then the metal vapors reach the cooling chamber 9 c with its temperature T 3 , which in turn is lower than the temperature T 2 of the cooling chamber 9 b just left. While the solids resulting from the separated metal vapors are collected in the crucibles 11 , the rest leaves the cooling zone 9 a , 9 b , 9 c via the outlet connection 14 and enters the dust separator 15 . Here are deposited the dust particles and the outlet port 15 b downward from the possibly still floating. The gas freed from solids escapes via the outlet opening 15 a .
Die Erfindung bringt verschiedene Vorteile mit sich:
Zunächst können Metalle von hohem Schmelzpunkt erhalten und
Metallegierungen getrennt werden, ohne daß hierzu kostspielige
Anlagen und beträchtliche Energiemengen erforderlich wären.
Statt dessen werden hochkohlendioxidhaltige Naturgase verwendet.The invention has several advantages:
First, high melting point metals can be obtained and metal alloys separated without the need for expensive equipment and significant amounts of energy. Natural gases containing high carbon dioxide are used instead.
Der Bedarf an elektrischer Energie für die Ionisierung der Arbeitsgase ist bei jedem Plasmatyp als sehr gering einzu schätzen, wenn beachtet wird, daß bei der Rekombination durch das Plasma bei einer Temperatur von annähernd 10 000°C ein beträchtlicher Energieüberschuß anfällt.The need for electrical energy for the ionization of the Working gases should be considered very low for every type of plasma estimate if it is taken into account that the recombination by the plasma at a temperature of approximately 10,000 ° C considerable excess energy arises.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772715744 DE2715744A1 (en) | 1977-04-07 | 1977-04-07 | Distillation of high melting point metals and alloys - in plant combining plasmatron with vaporising and cooling chambers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772715744 DE2715744A1 (en) | 1977-04-07 | 1977-04-07 | Distillation of high melting point metals and alloys - in plant combining plasmatron with vaporising and cooling chambers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2715744A1 DE2715744A1 (en) | 1978-10-12 |
| DE2715744C2 true DE2715744C2 (en) | 1987-10-08 |
Family
ID=6005938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19772715744 Granted DE2715744A1 (en) | 1977-04-07 | 1977-04-07 | Distillation of high melting point metals and alloys - in plant combining plasmatron with vaporising and cooling chambers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2715744A1 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3708409A (en) * | 1969-05-22 | 1973-01-02 | Ionarc Smelters Ltd | Chemical process in high enthalpy thermal environment and apparatus therefor |
-
1977
- 1977-04-07 DE DE19772715744 patent/DE2715744A1/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2715744A1 (en) | 1978-10-12 |
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